Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот
Показано, що введення О-, N-, S- й P-вмiсних органiчних сполук у кислотнi розчини знижує швидкiсть корозiї металiв завдяки утворенню на їх поверхнi бар’єрного шару металоорганiчних комплексних сполук. Запропоновано та обгрунтовано критерiї для вибору високоефективних iнгiбiторiв корозiї....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8664 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот / Д.А. Ткаленко, Ю. П Вишневська, М.В. Бик, В.Д. Присяжний // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 161-163. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-8664 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-86642010-06-15T12:01:24Z Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот Ткаленко, Д.А. Вишневська, Ю.П. Бик, М.В. Присяжний, В.Д. Хімія Показано, що введення О-, N-, S- й P-вмiсних органiчних сполук у кислотнi розчини знижує швидкiсть корозiї металiв завдяки утворенню на їх поверхнi бар’єрного шару металоорганiчних комплексних сполук. Запропоновано та обгрунтовано критерiї для вибору високоефективних iнгiбiторiв корозiї. It is shown that the addition of O, N, S, and P containing organic compounds to acid solutions reduces the corrosion rate of metals due to the formation of a barrier layer from metalloorganic complexes. Criteria for the choice of effective corrosion inhibitors are formulated. 2009 Article Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот / Д.А. Ткаленко, Ю. П Вишневська, М.В. Бик, В.Д. Присяжний // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 161-163. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8664 620.197:541.135 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Ткаленко, Д.А. Вишневська, Ю.П. Бик, М.В. Присяжний, В.Д. Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот |
| description |
Показано, що введення О-, N-, S- й P-вмiсних органiчних сполук у кислотнi розчини знижує швидкiсть корозiї металiв завдяки утворенню на їх поверхнi бар’єрного шару металоорганiчних комплексних сполук. Запропоновано та обгрунтовано критерiї для вибору високоефективних iнгiбiторiв корозiї. |
| format |
Article |
| author |
Ткаленко, Д.А. Вишневська, Ю.П. Бик, М.В. Присяжний, В.Д. |
| author_facet |
Ткаленко, Д.А. Вишневська, Ю.П. Бик, М.В. Присяжний, В.Д. |
| author_sort |
Ткаленко, Д.А. |
| title |
Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот |
| title_short |
Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот |
| title_full |
Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот |
| title_fullStr |
Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот |
| title_full_unstemmed |
Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот |
| title_sort |
новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8664 |
| citation_txt |
Новий підхід до вибору інгібіторів корозії металів у водних розчинах кислот / Д.А. Ткаленко, Ю. П Вишневська, М.В. Бик, В.Д. Присяжний // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 161-163. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT tkalenkoda novijpídhíddoviboruíngíbítorívkorozíímetalívuvodnihrozčinahkislot AT višnevsʹkaûp novijpídhíddoviboruíngíbítorívkorozíímetalívuvodnihrozčinahkislot AT bikmv novijpídhíddoviboruíngíbítorívkorozíímetalívuvodnihrozčinahkislot AT prisâžnijvd novijpídhíddoviboruíngíbítorívkorozíímetalívuvodnihrozčinahkislot |
| first_indexed |
2025-07-02T11:16:46Z |
| last_indexed |
2025-07-02T11:16:46Z |
| _version_ |
1836533685428420608 |
| fulltext |
УДК 620.197:541.135
© 2009
Д.А. Ткаленко, Ю. П Вишневська, М. В. Бик, член-кореспондент
НАН України В.Д. Присяжний
Новий пiдхiд до вибору iнгiбiторiв корозiї металiв
у водних розчинах кислот
Показано, що введення О-, N-, S- й P-вмiсних органiчних сполук у кислотнi розчини
знижує швидкiсть корозiї металiв завдяки утворенню на їх поверхнi бар’єрного шару
металоорганiчних комплексних сполук. Запропоновано та обгрунтовано критерiї для
вибору високоефективних iнгiбiторiв корозiї.
Розробка методiв захисту металiв вiд корозiї є необхiдною мiрою, оскiльки вiд її успiхiв
залежать заощадження металофонду кожної країни та зниження кiлькостi техногенних ка-
тастроф. Одним з найбiльш економiчних i поширених методiв захисту металiв залишається
застосування iнгiбiторiв, використання яких є можливим практично в усiх галузях промис-
ловостi. Воно базується на ефектi зниження швидкостi iонiзацiї металiв (переходу металу
в розчин у виглядi iонiв) пiсля введення в агресивне середовище певних як неорганiчних, так
i органiчних речовин. Захисна дiя iнгiбiторiв пов’язана зi змiнами в станi поверхнi металу
та змiнами в кiнетицi часткових (парцiальних) реакцiй сумарного корозiйного процесу.
Вплив iнгiбiторiв на корозiйний процес проаналiзовано в роботах Л. I. Антропова (1964)
i Я.М. Колотиркiна (1967). Одним iз принципiв, що дає пiдстави для пiдбору iнгiбiторiв
i передбачення властивостей ще невивчених речовин, здатних виконувати роль iнгiбiторiв,
можна вiдзначити запропоновану Л. I. Антроповим концепцiю ϕ-шкали потенцiалiв. Така
концепцiя враховує в основному електростатичну взаємодiю зарядженої поверхнi металу iз
зарядженими частинками введених речовин. Останнiм часом захист металiв вiд корозiї ча-
сто пов’язується з хiмiчною адсорбцiєю, що супроводжується переносом електронiв деяких
атомiв (наприклад, азоту) на незаповненi d-оболонки металу.
Автори даного повiдомлення вiдзначають, що в багатьох випадках ефект гальмуван-
ня використовуваних iнгiбiторiв обумовлений утворенням малорозчинних комплексiв цих
речовин з катiонами металiв. Згiдно з розроблюваною нами концепцiєю, введена речовина
виконує роль лiгандiв, якi зв’язують у комплекси катiони, що утворюються поблизу поверх-
нi електрода, як в результатi самовiльної iонiзацiї (корозiї), так i при примусовiй iонiзацiї
(аноднiй поляризацiї). Якщо утворюваний комплекс має низьку розчиннiсть, то з такого
комплексу на поверхнi металу повинен формуватися шар, який виконує роль дифузiйного
бар’єру i бар’єру для перенесення зарядiв. Це зрештою повинно приводити до зниження
швидкостi iонiзацiї металу, тобто до гальмування корозiйного процесу. Така концепцiя має
прогнозуючi властивостi. Дiйсно, за наявностi iнформацiї про константи стабiльностi ймо-
вiрних у данiй системi комплексiв i їх розчинностi вона дозволяє передбачити те, чи може
обрана речовина виконувати роль iнгiбiтора корозiї цiлком конкретного металу.
Таким чином, для оцiнки захисної здатностi органiчних речовин корисним є викори-
стання констант стабiльностi ймовiрних металоорганiчних комплексiв, якi можна знайти,
наприклад, у вiдомiй базi даних Data Stability Constants. Розчиннiсть комплексiв оцiнює-
ться при аналiзi будови органiчних лiгандiв (зокрема, присутностi в них ароматичних кi-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №6 161
лець, довгих алiфатичних ланцюгiв тощо). При розглядi нових речовин, для яких iнфор-
мацiя про константи стабiльностi вiдсутня, останнi можна оцiнити з використанням теорiї
Пiрсона (принципу м’яких i жорстких кислот та основ (МЖКО). Теорiя Пiрсона широ-
ко застосовується в хiмiї комплексних сполук при вивченнi можливостi утворення, будови
i стабiльностi комплексiв. При цьому (треба вiдзначити) за кислоту або основу розглядає-
ться не монолiтний метал (наприклад, Fe), а його iони (Fe2+ або Fe3+). Статистичний аналiз
даних показує, що Fe3+, якi є сильнiшою кислотою в порiвняннi з Fe2+, утворюють мiцнiшi
комплекси з лiгандами як сильнiшими основами.
З хiмiї координацiйних сполук вiдомо, що присутнiсть у лiгандi атомiв O, N, S, P сприяє
утворенню мiцних комплексiв, причому мiцнiсть таких комплексiв збiльшується при пере-
ходi вiд кисню до фосфору. Аналогiчну закономiрнiсть зазначено i при сумiсному аналiзi
гальмiвного впливу речовин — iнгiбiторiв, i при наявностi в їх складi вказаних атомiв. Це
свiдчить про прямий зв’язок мiж комплексоутворенням i захисною дiєю введених у систе-
му речовин, а також про те, що не випадково за iнгiбiтори корозiї часто використовуються
речовини, що мiстять атоми O, N, S, P.
До речовин, якi мiстять одночасно атоми O, N й S, належать цистеїн i метiонiн. Оскiль-
ки зазначенi амiнокислоти мiстять у собi атоми O, N й S, вони привернули нашу увагу як
потенцiйнi iнгiбiтори корозiї. Iз застосуванням масометричного методу визначення швид-
костi корозiї, а також результатiв поляризацiйних вимiрювань було встановлено, що обранi
речовини є достатньо ефективними iнгiбiторами корозiї залiза (сталi) i мiдi в розчинах сiр-
чаної кислоти (ступiнь захисту 80–90%). Їх можна використовувати як “зеленi” iнгiбiтори,
що не забруднюють навколишнє середовище.
Вiдомо, що трифенiлфосфiноксид (ТФФО) є сильним лiгандом. Вiн та його комплекси
мають досить низьку розчиннiсть. Тому не дивно, що, як було показано в нашiй лабораторiї,
введення ТФФО у розчини кислот приводить до iстотного зниження швидкостi корозiї
сталi.
Обравши за основу розроблювану нами концепцiю, при практичному розв’язаннi задач
корозiйного захисту можна вдатися до бiльш простого пiдходу при виборi iнгiбiторiв —
використання речовини з iнших областей технiки, де є можливiсть утворення мiцних ма-
лорозчинних металоорганiчних сполук. Наприклад, можна вiдразу передбачити, що роль
iнгiбiторiв корозiї будуть виконувати речовини, якi в кiлькiсному хiмiчному аналiзi на певнi
метали застосовуються як осаджувачi цих металiв. Нами вперше проведено випробовування
як iнгiбiторiв корозiї залiза в 0,5 моль/л розчинi сiрчаної кислоти традицiйно використову-
ваних в аналiтичнiй хiмiї купферону та бензоларсонової кислоти. Вже сам факт, що вказанi
речовини застосовуються для кiлькiсного осадження невеликих кiлькостей катiонiв мiдi й
залiза, свiдчить про те, що, по-перше, утворюванi при цьому комплекснi сполуки мають ви-
сокi значення констант стабiльностi i, по-друге, що металоорганiчнi сполуки мають досить
низьку розчиннiсть. Експериментально встановлено, що, дiйсно, вибранi для перевiрки оса-
джувачi значно знижують швидкiсть корозiї металiв (у випадку бензоларсонової кислоти
ступiнь захисту 99%).
У практицi вилучення з розчинiв катiонiв цiнних металiв, а також очищення стiчних
вод i питної води вiд забруднень як сорбенти часто застосовуються органiчнi сорбенти. Такi
сорбенти вводяться в робоче середовище в розчиннiй формi (наприклад, карбоксиметилце-
люлоза (КМЦ) i полiгексаметиленгуанiдин (ПГМГ)). Проте пiсля сорбцiї катiонiв певних
металiв КМЦ й ПГМГ утворюють тверду фазу, яка потiм може фiльтруватися i пiддава-
тися подальшiй переробцi. При реалiзацiї даних технологiй до введених у розчини речовин
162 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №6
також поставлено такi основнi вимоги, як можливiсть формування стабiльних комплексiв
i низька розчиннiсть останнiх. Це було пiдставою для випробування цих речовин як iнгiбi-
торiв корозiї металiв. Нами проводилися експерименти iз сталевими зразками в 0,5 моль/л
розчинах сiрчаної кислоти. Цi експерименти пiдтвердили припущення про те, що КМЦ
i ПГМГ можна використовувати як достатньо дешевi та екологiчно чистi iнгiбiтори корозiї
сталi в кислих середовищах (ступiнь захисту 90%).
Характерним є те, що в усiх розглянутих випадках виявляється так звана пiслядiя. Це
означає, що пiсля витримки металiв у розчинах, якi мiстять дослiдженi органiчнi домiшки,
пiсля їх занурення в агресивнi розчини, що не мiстять такi домiшки, якийсь час зберiгає-
ться ефект гальмування. Така поведiнка металiв свiдчить про те, що природа гальмуючого
ефекту не пов’язана з електростатичною адсорбцiєю i що пiд час знаходження металiв
у першому (заiнгiбованому) розчинi на їх поверхнi сформувався захисний шар з продуктiв
взаємодiї введених органiчних речовин з катiонами металу, що пiддається корозiї. Встанов-
лено, що бар’єрнi шари (заздалегiдь сформованi у розчинах, якi мiстять iнгiбiтор) здатнi
захищати метали i вiд атмосферної корозiї.
Близьким за iдеологiєю до описаного вище є пiдхiд, заснований на самовiльному фор-
муваннi на поверхнi металiв захисних плiвок з полiмерною структурою. Якщо в агресивний
розчин ввести, наприклад, дифенiламiн, швидкiсть корозiї знижується завдяки самовiль-
ному утворенню на поверхнi металу полiмерної плiвки, вiдповiдно, до вiдомої схеми оки-
снювальної полiмеризацiї.
Достатньо перспективним є розроблюваний нами пiдхiд, в якому одночасно використо-
вуються два ефекти: комплексоутворення i полiмеризацiя. Вiдповiдно до нього на поверхнi
металу в контактi з агресивним середовищем утворюється шар так званих координацiйних
полiмерiв. Формування останнiх вiдбувається на межi розподiлу метал / розчин за уча-
стю катiонiв цього металу, що одночасно виконують роль як комплексоутворювача, так
i каталiзатора полiмеризацiї.
Надiйшло до редакцiї 27.11.2008Нацiональний технiчний унiверситет України
“Київський полiтехнiчний iнститут”
Мiжвiдомче вiддiлення електрохiмiчної
енергетики НАН України, Київ
D.A. Tkalenko, Yu.P. Vishnevska, M.V. Byk,
Corresponding Member of the NAS of Ukraine V.D. Prisyagniy
New method to choose inhibitors of metal corrosion in acidic aqueous
solutions
It is shown that the addition of O, N, S, and P containing organic compounds to acid solutions
reduces the corrosion rate of metals due to the formation of a barrier layer from metalloorganic
complexes. Criteria for the choice of effective corrosion inhibitors are formulated.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №6 163
|